JP2001213695A - るつぼ用蓋及びこれを用いたシリコン多結晶の融解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多結晶シリコンに不純物が付着することを防止
し、引き上げられるシリコン単結晶のフリー化率を向上
する。 【解決手段】るつぼ用蓋１０は石英るつぼ１２の上部開
口部を覆うように構成され略中央部に通風孔１３ｃが形
成された蓋体１３と、通風孔１３ｃを覆うように蓋体１
３の上部に取付けられたフィルタ１４とを備える。融解
方法は、多結晶シリコン１１が入れられて上部開口部が
るつぼ用蓋で覆われた石英るつぼ１２をチャンバ内に設
ける工程と、チャンバ内を真空にした後不活性ガスを流
通させる工程と、チャンバ内を大気圧にした後石英るつ
ぼからるつぼ用蓋を取り外す工程と、チャンバ内を真空
にした後不活性ガスを再び流通させる工程と、不活性ガ
スを流通させた状態で又は不活性ガスの流通を停止させ
た後の不活性ガス雰囲気中でカーボンヒータにより多結
晶シリコン１１を融解する工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶育
成装置の石英るつぼに使用される蓋及びその蓋を用いた
シリコン多結晶の融解方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコン単結晶を育成する装置
は、チャンバ内に設けられ石英るつぼを包囲して支持す
るカーボンサセプタと、このサセプタを包囲してチャン
バ内に設けられ石英るつぼ内の多結晶シリコンを融解し
かつ石英るつぼ内に貯留されたシリコン融液を加熱する
カーボンヒータとを備える。この装置はサセプタの支軸
を介して石英るつぼを上昇又は下降させるるつぼ昇降手
段を備え、石英るつぼに入れられた多結晶シリコンをカ
ーボンヒータで融解した後、石英るつぼ内に貯留された
シリコン融液に種結晶を接触させ、その種結晶を引上げ
て種結晶の下方にシリコン単結晶を育成している。一
方、カーボンヒータで融解する多結晶シリコンはチャン
バ内に装着された石英るつぼに入れられるか、又はチャ
ンバの外部で石英るつぼに入れられ、その後チャンバ内
に装着される。チャンバの外部で多結晶シリコンを入れ
るのは、シリコン単結晶育成装置の稼働率を向上させる
ためである。この場合、チャンバの外部で多結晶シリコ
ンを入れた石英るつぼを予め保管し、一旦シリコン単結
晶の育成が終了した装置にその保管された石英るつぼを
直ちにチャンバ内に装着できるように準備しておく。こ
の保管の際には、多結晶シリコンに空気中に浮遊する不
純物が付着することを防止するために、多結晶シリコン
を入れた石英るつぼに蓋が被せられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、石英るつぼに
蓋をするだけでは石英るつぼの開口部と蓋の間を完全に
密封することができず、周辺環境温度が変動することに
よりその僅かな隙間から空気の流通が生じ、石英るつぼ
の外部に浮遊する不純物が空気とともにその隙間から石
英るつぼの内部に侵入して多結晶シリコンの表面に付着
する不具合がある。この点を解消するためには石英るつ
ぼに蓋をした後その僅かな隙間を更に埋める必要がある
が、その作業は困難であり、作業工数が増加して実質的
に装置の稼働率を向上できない問題点がある。また、多
結晶シリコンが入れられた石英るつぼをチャンバ内に装
着する際には、チャンバ外部に浮遊する不純物がその石
英るつぼとともチャンバ内に入り、石英るつぼから蓋を
取り外した後にその不純物が石英るつぼの中に入り込ん
で多結晶シリコンに付着する場合もある。多結晶シリコ
ンをその後融解して石英るつぼに貯留されたシリコン融
液中にこのような不純物が存在すると、引き上げられる
シリコン単結晶のフリー化率が低下する不具合がある。
本発明の目的は、石英るつぼに被せるだけで多結晶シリ
コンに不純物が付着することを有効に防止し得るるつぼ
用蓋を提供することにある。本発明の別の目的は、シリ
コン融液中の不純物を減少させて引き上げられるシリコ
ン単結晶のフリー化率を向上し得るるつぼ用蓋を用いた
シリコン多結晶の融解方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、多結晶シリコン１１が入れられた石
英るつぼ１２の上部開口部を覆うように構成され略中央
部に通風孔１３ｃが形成された蓋体１３と、通風孔１３
ｃを覆うように蓋体１３の上部に取付けられたフィルタ
１４とを備えたるつぼ用蓋１０である。この請求項１に
記載された発明では、多結晶シリコン１１を入れるつぼ
用蓋１０で封をした石英るつぼ１２を保管すると、通風
孔１３ｃからエアの流通が行われる。石英るつぼ１２の
内部からその外部へエアが排出される場合には不純物が
石英るつぼ１２の内部に侵入することはないが、石英る
つぼ１２の外部から内部へエアが導入される場合にはエ
アがフィルタ１４を通過した後、蓋体１３の通風孔１３
ｃから石英るつぼ１２の内部に導入される。この際フィ
ルタ１４は浮遊する不純物を捕集し、蓋体１３の通風孔
１３ｃから石英るつぼ１２の内部に導入されるエアに不
純物が混入することを防止する。これにより不純物が石
英るつぼ１２内部に侵入して石英るつぼ１２に入れられ
た多結晶シリコン１１に不純物が付着することを防止す
る。

【０００５】請求項２に係る発明は、図２〜図４に示す
ように、多結晶シリコン１１が入れられて上部開口部が
請求項１記載のるつぼ用蓋１０で覆われた石英るつぼ１
２をチャンバ２１内に設ける工程と、チャンバ２１内を
真空にした後不活性ガスをチャンバ２１内に流通させる
工程と、チャンバ２１内を大気圧にした後石英るつぼ１
２からるつぼ用蓋１０を取り外す工程と、チャンバ２１
内を真空にした後不活性ガスをチャンバ２１内に再び流
通させる工程と、不活性ガスを流通させた状態で又は不
活性ガスの流通を停止させた後の不活性ガス雰囲気中で
チャンバ２１内に設けられたカーボンヒータ２６により
多結晶シリコン１１を融解する工程とを含むるつぼ用蓋
を用いたシリコン多結晶の融解方法である。

【０００６】この請求項２に記載された発明では、石英
るつぼ１２をるつぼ用蓋１０で覆った状態でチャンバ２
１内を一旦真空状態にすることにより、石英るつぼ１２
をチャンバ１１に装着する際に入り込んだ浮遊不純物を
外部に排出する。その後不活性ガスを流通させることに
よりその石英るつぼ１２及びるつぼ用蓋１０の外面に付
着した不純物をチャンバ２１外に排出させる。その後る
つぼ用蓋１０を取り外してチャンバ２１の内部に不活性
ガスを流通させることにより、るつぼ用蓋１０を取り外
す際に侵入した不純物を、多結晶シリコンに付着する以
前に外部に排出する。このように、石英るつぼ１２をチ
ャンバ１１に装着する際若しくは石英るつぼ１２からる
つぼ用蓋１０を取り外す際に侵入した不純物、又は石英
るつぼ１２及びるつぼ用蓋１０の外面に付着して侵入し
た不純物は多結晶シリコン１１を融解させる以前にチャ
ンバ２１外に排出されるので、その多結晶シリコン１１
を融解させて石英るつぼ１２の貯留されたシリコン融液
中には不純物が存在せず、引き上げられるシリコン単結
晶のフリー化率は従来より向上する。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１に示すように、本発明のるつぼ
用蓋１０は多結晶シリコン１１が入れられた石英るつぼ
１２の上部開口部を覆うように構成された蓋体１３と、
フィルタ１４とを備え、蓋体１３は石英るつぼ１２の開
口部を覆う平板部１３ａと石英るつぼ１２上部周囲を包
囲する包囲部１３ｂが一体的に形成される。蓋体１３は
ポリテトラフルオロエチレン（商標名；テフロン）、ポ
リプロピレン、ポリエチレン等の樹脂を成形することに
より一体的に作られ、平板部１３ａの略中央部分には円
形の孔から成る通風孔１３ｃが形成される。また、平板
部１３ａにはこの通風孔１３ｃをその孔縁から所定の間
隔をあけて包囲する周壁１３ｄが上部に形成され、この
周壁１３ｄの周囲には雄ねじが形成される。

【０００８】フィルタ１４は蓋体１３の通風孔１３ｃを
覆うよう平板部１３ａの上部に配置される。この実施の
形態に使用するフィルタ１４は不織布からなる濾紙であ
り、周壁１３ｄの高さに相当する厚さに形成される。こ
のフィルタ１４は粒径０．３μｍの粒子をも捕集可能な
ものが使用され、このフィルタ１４を透過するエアから
そのエアに含まれる不純物を捕集可能に構成される。フ
ィルタ１４は周壁１３ｄの内径に相当する外径に形成さ
れ、取付蓋１６により蓋体１３に取付けられる。取付蓋
１６は周壁を覆うように形成され、通風孔１３ｃに対応
する導風孔１６ａが形成される。取付蓋１６には周壁１
３ｄの雄ねじに螺合可能な雌ねじが形成され、フィルタ
１４を平板部１３ａの上部に配置した状態で取付蓋１６
を周壁１３ｄの雄ねじに螺合することにより、フィルタ
１４は通風孔１３ｃを覆うように蓋体１３の上部に取付
けられる。

【０００９】多結晶シリコン１１は、シリコン単結晶育
成装置の外部における浮遊不純物が所定量以下の空間、
いわゆるクリーンルームの内部で石英るつぼ１２に入れ
られる。るつぼ用蓋１０は、多結晶シリコン１１が入れ
られた石英るつぼ１２に被せられる。るつぼ用蓋１０を
石英るつぼ１２に被せると、蓋体１３の平板部１３ａが
石英るつぼ１２の開口部を覆い、蓋体１３の包囲部１３
ｂが石英るつぼ１２上部周囲を包囲して蓋体１３が石英
るつぼ１２から外れることを防止する。このように多結
晶シリコン１１を入れた石英るつぼ１２に本発明のるつ
ぼ用蓋１０で封をして保管した場合、周辺環境温度が変
動すると石英るつぼ１２の内部と外部に圧力差が生じ、
この圧力差から通風孔１３ｃを介する空気の流通が生じ
る。石英るつぼ１２の内部からその外部へエアが排出さ
れる場合には不純物が石英るつぼ１２の内部に侵入する
ことはないが、石英るつぼ１２の外部から内部へエアが
導入される場合にはエアがフィルタ１４を通過した後、
図１の実線矢印で示すように蓋体１３の通風孔１３ｃか
ら石英るつぼ１２の内部に導入される。この際フィルタ
１４は浮遊する不純物を捕集し、蓋体１３の通風孔１３
ｃから石英るつぼ１２の内部に導入されるエアに不純物
が混入することを防止する。これにより不純物が石英る
つぼ１２内部に侵入して石英るつぼ１２に入れられた多
結晶シリコン１１に不純物が付着することを防止する。

【００１０】次にこの石英るつぼ１２が装着されるシリ
コン多結晶の引上げ装置２０について説明する。図２〜
図４に示すように、石英るつぼ１２は、シリコン単結晶
の引上げ装置２０のチャンバ２１内に設けられる。石英
るつぼ１２の外面は黒鉛サセプタ２２により被覆され
る。石英るつぼ１２の下面は上記黒鉛サセプタ２２を介
して支軸２３の上端に固定され、この支軸２３の下部は
るつぼ駆動手段２４に接続される。るつぼ駆動手段２４
は図示しないが石英るつぼ１２を回転させる第１回転用
モータと、石英るつぼ１２を昇降させる昇降用モータと
を有し、これらのモータにより石英るつぼ１２が所定の
方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっ
ている。石英るつぼ１２の外周面は石英るつぼ１２から
所定の間隔をあけてヒータ２６により包囲され、このヒ
ータ２６は保温筒２７により包囲される。

【００１１】またチャンバ２１の上端には円筒状のケー
シング２８が接続される。図４に示すように、このケー
シング２８には引上げ手段２９が設けられる。引上げ手
段２９はケーシング２８の上端部に水平状態で旋回可能
に設けられた引上げヘッド（図示せず）と、このヘッド
を回転させる第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッド
から石英るつぼ１２の回転中心に向って垂下されたワイ
ヤケーブル２９ａと、上記ヘッド内に設けられワイヤケ
ーブル２９ａを巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示
せず）とを有する。ワイヤケーブル２９ａの下端にはシ
リコン単結晶棒２５を引上げるための種結晶２９ｂが取
付けられる。またシリコン単結晶棒２５の外周面と石英
るつぼ１２の内周面との間にはシリコン単結晶棒２５の
外周面を包囲する熱遮蔽部材３１が設けられる。

【００１２】更に、チャンバ２１にはこのチャンバ２１
のシリコン単結晶棒側に不活性ガスを供給しかつ上記不
活性ガスをチャンバ２１のるつぼ内周面側から排出する
ガス給排手段３２が接続される。ガス給排手段３２は一
端がケーシング２８の周壁に接続され他端が上記不活性
ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続された供給パ
イプ３３と、一端がチャンバ２１の下壁に接続され他端
が真空ポンプ（図示せず）に接続された排出パイプ３４
とを有する。供給パイプ３３及び排出パイプ３４にはこ
れらのパイプ３３，３４を流れる不活性ガスの流量を調
整する第１及び第２流量調整弁３６，３７がそれぞれ設
けられる。

【００１３】このように構成された装置におけるるつぼ
用蓋を用いたシリコン多結晶の融解方法を説明する。図
２に示すように、先ず多結晶シリコン１１が入れられて
上部開口部がるつぼ用蓋１０で覆われた石英るつぼ１２
を黒鉛サセプタ２２に装着することにより、るつぼ用蓋
１０とともにその石英るつぼ１２をチャンバ２１内に設
ける。次に、第２流量調整弁３７を開くことによりチャ
ンバ２１内のエアを排出パイプ３４からチャンバ２１外
部に排出し、一旦チャンバ２１の内部を真空にする。そ
の後第１流量調整弁３６を開いて供給パイプ３３からチ
ャンバ２１内に不活性ガスを供給し、その不活性ガスを
排出パイプ３４から排出させることにより不活性ガスを
チャンバ２１内に流通させる。このようにチャンバ２１
内を一旦真空状態にすることにより、石英るつぼ１２を
チャンバ１１に装着する際に入り込んだ浮遊不純物はエ
アとともに排出パイプ３４から外部に排出され、不活性
ガスを流通させることによりその石英るつぼ１２及びる
つぼ用蓋１０の外面に付着した不純物をチャンバ２１外
に排出させる。

【００１４】その後第２流量調整弁３７を閉じ、チャン
バ２１内が供給パイプ３３から供給される不活性ガスに
より大気圧にし、その状態で第１流量調整弁３６を閉じ
る。その後図３に示すようにチャンバ２１を開放して石
英るつぼ１２からるつぼ用蓋１０を取り外し、再びチャ
ンバ２１を閉じ、第２流量調整弁３７を再び開く。これ
により開放した際にチャンバ２１内に侵入したエア及び
そのチャンバ２１内に残存する不活性ガスは排出パイプ
３４からチャンバ２１外部に排出され、チャンバ２１の
内部は真空状態になる。その後第１流量調整弁３６を再
び開いて供給パイプ３３からチャンバ２１内に不活性ガ
スを供給し、その不活性ガスを排出パイプ３４から排出
させることにより不活性ガスをチャンバ２１内に流通さ
せる。これにより開放した際にエアとともに侵入した不
純物は、多結晶シリコンに付着する以前にエア又は不活
性ガスとともに排出パイプ３４から外部に排出される。

【００１５】このように不活性ガスを流通させた状態で
又は不活性ガスの流通を停止させた後の不活性ガス雰囲
気中でカーボンヒータ２６により石英るつぼ１２に入れ
られた多結晶シリコン１１を融解する。多結晶シリコン
１１が融解すると図４に示すように、石英るつぼ１２に
シリコン融液３９が貯留され、チャンバ２１内部を流通
する不活性ガスは融解したシリコン融液１２の表面から
蒸発したガスを排出パイプ３４から外部に排出する。そ
の後、引上げ手段のワイヤケーブル２９ａを繰出して種
結晶２９ｂの先端部をシリコン融液３９に接触させ、徐
々に引上げて種結晶２９ｂの下部にシリコン単結晶棒２
５を育成させるが、石英るつぼ１２をチャンバ１１に装
着する際若しくは石英るつぼ１２からるつぼ用蓋１０を
取り外す際にエアとともに侵入した不純物、又は石英る
つぼ１２及びるつぼ用蓋１０の外面に付着して侵入した
不純物は、多結晶シリコン１１を融解させる以前にチャ
ンバ２１外に排出されるので、石英るつぼ１２の貯留さ
れたシリコン融液３９中には不純物が存在せず、引き上
げられるシリコン単結晶２５のフリー化率は従来より向
上する。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のるつぼ用蓋
は、多結晶シリコンが入れられた石英るつぼの上部開口
部を覆うように構成され略中央部に通風孔が形成された
蓋体と、通風孔を覆うように蓋体の上部に取付けられた
フィルタとを備えたので、通風孔からエアの流通が行わ
れる。石英るつぼの外部から内部へエアが導入される場
合にはエアはフィルタを通過し、フィルタは浮遊する不
純物を捕集するので、その通風孔から石英るつぼの内部
に不純物が混入することはなく、石英るつぼに入れられ
た多結晶シリコンに不純物が付着することはない。ま
た、本発明のるつぼ用蓋を用いたシリコン多結晶の融解
方法では、石英るつぼをるつぼ用蓋で覆った状態でチャ
ンバ内を一旦真空状態にするので、石英るつぼをチャン
バに装着する際に入り込んだ浮遊不純物は外部に排出さ
れ、その後不活性ガスを流通させることによりその石英
るつぼ及びるつぼ用蓋の外面に付着した不純物もチャン
バ外に排出させることができる。またるつぼ用蓋を取り
外した後にもチャンバの内部に不活性ガスを流通させる
ので、るつぼ用蓋を取り外す際に侵入した不純物も外部
に排出することができる。この結果、多結晶シリコンを
融解させて石英るつぼの貯留されたシリコン融液中には
不純物が存在することはなく、引き上げられるシリコン
単結晶のフリー化率を従来より向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のるつぼ用蓋を石英るつぼに被せた状態
を示す断面構成図。

【図２】るつぼ用蓋が被せられた石英るつぼが装着され
た引上げ装置の断面構成図。

【図３】そのるつぼ用蓋が石英るつぼから取り外された
引上げ装置の断面構成図。

【図４】シリコン融液からシリコン単結晶が引き上げら
れた引上げ装置の断面構成図。

【符号の説明】

１０ るつぼ用蓋 １１ 多結晶シリコン １２ 石英るつぼ １３ 蓋体 １３ａ 通風孔 １４ フィルタ ２１ チャンバ ２６ カーボンヒータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多結晶シリコン(11)が入れられた石英る
   つぼ(12)の上部開口部を覆うように構成され略中央部に
   通風孔(13c)が形成された蓋体(13)と、 前記通風孔(13c)を覆うように前記蓋体(13)の上部に取
   付けられたフィルタ(14)とを備えたるつぼ用蓋。
2. 【請求項２】 多結晶シリコン(11)が入れられて上部開
   口部が請求項１記載のるつぼ用蓋(10)で覆われた石英る
   つぼ(12)をチャンバ(21)内に設ける工程と、 前記チャンバ(21)内を真空にした後不活性ガスを前記チ
   ャンバ(21)内に流通させる工程と、 前記チャンバ(21)内を大気圧にした後前記石英るつぼ(1
   2)から前記るつぼ用蓋(10)を取り外す工程と、 前記チャンバ(21)内を真空にした後不活性ガスを前記チ
   ャンバ(21)内に再び流通させる工程と、 不活性ガスを流通させた状態で又は不活性ガスの流通を
   停止させた後の不活性ガス雰囲気中で前記チャンバ(21)
   内に設けられたカーボンヒータ(26)により前記多結晶シ
   リコン(11)を融解する工程とを含むるつぼ用蓋を用いた
   シリコン多結晶の融解方法。